章节说明

STM32 IAP固件升级实验分为一下的章节(加粗的字体是本章节的内容):

一、Flash和RAM的区域划分、工程建立、程序分散加载、程序烧写

二、Stm32 bootloader、application、firmware 程序的分析和编写

三、使用DMA收发串口的不定长数据

四、通信协议的设计

五、STM32 IAP程序的设计
六、上位机的程序的编写
6 \4 I' O4 K' l3 f" \) ?+ m2 }
: I9 z! {9 n& j/ c

一、Flash区域的划分1.区域划分

• 实验使用的是 STM32F103VET6型号的MCU。这个单片机的型号的内部flash的大小是512Kb, RAM的大小是64Kb。
• 因为一般使用的都是flash的启动方式（即flash 的起始地址0x0800 0000被映射到 0x0000 0000。STM32的启动方式可以查看《STM32中文参考手册》） 所以flash的区域划分如下:
  6 j$ i. A" Q; Q6 j

2. flash 分区说明

• 0x0800 0000 到 0x0800 b7FF 地址的flash块划分给bootloader，大小是46kb
• 0x0800 B800 到 0x0800 BFFF 的flash块划分为参数表(parameters),大小是2Kb
• 0x0800 C000 到 0x0804 3FFF 的flash块划分为应用程序区 (application),大小是224Kb
• 0x0804 4000 到 0x0807 BFFF 的flash块划分为程序升级区 (update region),大小跟应用程序区一样 224kb
• 0x0807 C000 到 0x0807 FFFF 的flash块划分为固件区(firmware),大小是16Kb
  3 g* I) _$ \" p" B

3. 每个分区作用

• bootloader 启动加载程序，主要用来加载和启动应用程序，还有更新应用程序
• parameters 主要用来记录信息,bootloader 和 application 的信息交互
• application 应用程序区，主要用来实现所需要的业务的程序
• update region 程序更新区，主要存放更新下载的程序，当然也可以直接下载到 application 区，但是如果更新失败了，应用程序就不能执行了。所以单独划分一块区域，存放更新下载的序，更新完后再覆盖到application然后复位运行
• firmware 固件区，主要存放一些函数接口，用户可以通过函数指针直接调用。像tiny-4412、smart210、esp32等这些板子的芯片在irom里面都提供了一些函数接口，通过地址可以直接调用这些函数。
  0 D+ y& U! U7 Z, F2 U% y( K% X" d

二、RAM内存的划分
3 u0 o* ~: V. i. e' Y4 a! I1、区域划分

RAM(内存)的起始地址是 0x2000 0000，大小是64Kb。在实验主要将它划分为两块。一块是从 0x2000 0000 到 0x2000 FBFF 大小是63Kb。另一块是从 0x2000 FC00 到 0x2001 0000 大小是 1Kb，划分如下图

2、区域的作用

• 63Kb这块内存区域主要是用于 bootloader 和 application 应用程序的可读可写段(RW)，未初始化或者初始化为0的数据段(ZI)、堆空间、栈空间
• 1kb这块内存区域主要是用于 firmware 区域的可读可写段(RW)，未初始化或者初始化为0的数据段(ZI)
• 注意:firmware因为没有初始化堆，所以不能使用malloc这类堆内存管理函数。
  

3、简单说明

• 因为STM32的flash 是norflash 读的时候可以像内存一样读，但是写的时候不能像内存那样子写，所以这些 RW 段 ZI 段都是加载到内存里。加载到哪里，这是由分散加载文件.sct文件(和链接脚本一个意思)里面说明。至于怎么加载 ，stm32 函数库的start_up.s文件的__main 到 main函数的过程就是加载数据到RAM空间。后面再介绍.sct文件
  ( X, s6 i  k6 v+ u" U/ O

三、工程建立

工程中需要三个project,分别是 bootloader application firmware 如下图：

# f7 {3 I% ^6 f' u1 I; i6 `

四、分散加载

因为程序存放在不同的区域了，并且每段区域的程序是独立的，所以在链接每个程序的时候需要告诉连接器，程序怎么放，程序加载启动的时候又应该怎么加载，堆区和栈区的位置这些都要告诉链接器。我们可以通过分散加载文件.sct 文件来告诉链接器。下面来看一下这个文件

1.原来的分散加载文件

1. ; *************************************************************
   
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   
3. ; *************************************************************
   : W2 K2 u0 K7 x0 a+ e: o  ?
4. ;LR_IROM1 段名/域名
   % z2 y- E9 t7 @" C9 v& J+ N3 W
5. ;0x08000000 程序加载的起始地址
   
6. ;0x00080000 加载域的大小
   ( S, B7 @; M3 y$ D3 z
7. LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region
   
8.   ;ER_IROM1 执行域的名称  
   5 `; v' C) {; c$ ~3 g
9.   ;0x08000000 程序的执行起始地址
   
10.   ;0x00080000 执行域的大小
    ! U% O& F3 c; b/ F9 O
11.   ;一般程序是在 flash 里面运行的所以 程序的执行地址等于加载地址，如果想要让程序运行在RAM中，执行地址修改为RAM的地址
    + O; H3 ?3 ]3 B5 |
12.   ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
    
13.    ;下面就是指定某些段怎么链接了
    
14.    *.o (RESET, +First)   ；链接的时候最先存放的是 所有.o文件的RESET段，紧跟的是First段(RESET段在start_up.s文件中有定义)
    9 K7 b7 m5 v3 T. N
15.    *(InRoot$Sections)   ；然后存放 __main 到 main的这段代码，这段代码主要是将flash的RW和ZI段加载到RAM中
    
16.    .ANY (+RO)            ；紧跟着的是所有文件的只读数据(RO段)，一般是向量表、代码段和常量(字符串常量，和const修饰的数据)
    2 I; k* b# S, |2 ]* I7 a
17.   }
    
18. ;RW_IRAM1 可读可写数据的段名
    
19. ;0x20000000起始地址  
    
20. ;0x00010000大小
    ( v% c9 V4 ~* M
21.   RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000  {  ; RW data
      b  a" C3 ]% X$ d, u; {
22.    .ANY (+RW +ZI)；紧接着的是（RW段),(ZI)段
    
23.   }
    , t! P: `. t3 m* |
24. }
    " i4 `2 ~. n2 G/ V3 Z
25. 
    2 U( u' K- X; f6 N( ?' ]* v. D2 W

复制代码

Region的名称可以自己定义或者修改，重要的是地址要分配对就可以了。
Heart_of_Eagle这位博主有一篇比较详细的博文值得参考,不过不是MDK的sct文件的，原理都是大同小异
MDK也是有详细的帮助文档,不过是纯英文的，想用好sct可以阅读里面的内容
9 ?/ k6 h  {, i4 N1.

2.

2 h  V) ?! t4 x/ @

2.修改bootloader的分散加载文件

根据上面的flash和RAM的划分修改sct加载文件，如下代码块:

1. ; *************************************************************
   7 I% F/ Y4 U" ]' N( B
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   0 N% B5 S; F, v5 I' m: F. e' A8 N
3. ; *************************************************************
   - ]$ P& M, [4 |# z* V9 x
4. ;因为bootloader是第一个启动的程序，而且机器上电复位的时候是从0x0800 0000开始执行(因为被映射到了0x0000 0000）地址
   / Q, \2 z* J! l2 e; O( ^$ k& Q
5. ;所以bootloader加载域的起始地址和执行地址都是0x0800 0000
   
6. ; 0x0000B800域的大小(46kb)也是通过上面的设计的分区来填写
   % f  N( X) X* H  f! W3 m
7. LR_IROM1 0x08000000 0x0000B800  {    ; load region size_region
   
8.   ER_IROM1 0x08000000 0x0000B800  {  ; load address = execution address
   % S$ Z7 {7 L+ p( P
9.    ；里面段的存放位置使用默认的就可以
   
10.    *.o (RESET, +First)
    
11.    *(InRoot$Sections)
    
12.    .ANY (+RO)
    9 O- Y8 u7 C2 d. i9 C& g
13.   }
    ! M' i1 v, z: G2 O6 o1 W, k
14. ; 0x20000000 这个也是根据上面的RAW的分区填写，
    " S9 x/ W- V& ^% v' I; {
15. ；0x0000FC00 大小是 63Kb
    ; s7 d6 S$ n! U9 r
16.   RW_IRAM1 0x20000000 0x0000FC00  {  ; RW data
    2 V: A/ L7 {: M+ U
17.    ;段的存放位置使用默认的就可以了
    3 K3 K' p) _/ X
18.    .ANY (+RW +ZI)
    5 G1 c. z8 g# [3 R; L0 j
19.   }
    
20. }
    

复制代码

1 a6 z8 ~: o7 \/ E$ d; J
3.修改application的分散加载文件

修改如下,跟bootloader一样，就不啰嗦了

1. ; *************************************************************
   
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   
3. ; *************************************************************
   
4. LR_IROM1 0x0800C000 0x00038000  {    ; load region size_region
   ( A; k& f" `5 {2 f: q
5.   ER_IROM1 0x0800C000 0x00038000  {  ; load address = execution address
   
6.    *.o (RESET, +First)
   . |1 o" @2 J6 d" E
7.    *(InRoot$Sections)
   
8.    .ANY (+RO)
   
9.   }
   
10.   RW_IRAM1 0x20000000 0x0000FC00  {  ; RW data    0x0000FC00
    
11.    .ANY (+RW +ZI)
    
12.   }
    2 u4 g* I9 j, Y! _  [9 M3 n2 d. h
13. }
    

复制代码

" n2 \7 g) p* n8 P, v4 G4.修改firmware的分散加载文件

*(InRoot$$Sections) 被注释掉了，因为 firmware 的程序是没有 __main 到 main 函数部分的代码的。下一章节写程序的时候会有讲解。其他的内容也跟bootloader文件差不多，上面的分区来写就可以了

1. ; *************************************************************
   : ?1 ^) P/ i- a: O' \6 }) Y* E( ~
2. ; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
   " `% O" E- U/ S1 @) M
3. ; *************************************************************
   
4. 
   
5. LR_IROM1 0x0807C000 0x00004000  {    ; load region size_region
   ; e( L8 w) s8 d) T' ^5 p+ m
6.   ER_IROM1 0x0807C000 0x00004000  {  ; load address = execution address
   
7.    *.o (RESET, +First)
   
8.    ;*(InRoot$Sections)
   
9.    .ANY (+RO)
   9 I1 r2 A6 o& n7 V
10.   }
    
11.   RW_IRAM1 0x2000FC00 0x00000400  {  ; RW data  
    
12.    .ANY (+RW +ZI)
    
13.   }
    $ ]* X5 v9 M9 s; `7 R$ \, X
14. }
    

复制代码

5. 注意事项

在MDK的默认设置里，链接的时候是不使用分散加载文件的 xxx.sct 文件。要使用 xxx.sct 文件需要将下面的设置去掉

五、程序的下载设置

• 由于本章还没实现IAP这部分的程序，所以 bootloader、application 和 firmware的程序都是使用烧写器来烧写到falsh的不同区域。所以需要设置一下。
• 设置的地址跟大小也是根据上面的flash分区来设置的。
• 主要设置MDK里面的 Debug -> Flash Download 的这两个地方,设置完这里就可以用Jlink将不同的程序烧写到不同的区域了。
• 下图是 bootloader 的设置，其他两个也是根据实际来设置
  
  

六、实验现象

说了这么多先来个实验现象吧, 对于下面的程序分析和编写就下一章再写了。
工程文件已经上传到码云---->
0 V* `" G# J0 k代码可能存在问题，有问题可以留言讨论。

• hello bootloader 是在bootloader运行的时候打印出来的，打印完后就跳到应用程序执行了
• num = 10和 num1 = 0 这两个值是通过函数指针调用firmware固件区的函数接口来获取的
• 打印完上面的两个值之后循环打印hello app
  - g  F8 c$ k9 z( X1 X: J* Y现象如下图:
  
  

: _" p# X+ ~# e! F